Fiber beslemeli Echelle Tayfçeker optik tasarımı ve analizi

Bu çalışma, çapraz-dağıtıcılar bakımından birbirinden farklı olan iki adet Fiber Beslemeli Echelle Tayfçeker (FES) optik tasarımını ve bu tasarımlardan elde edilen tayfların (mertebelerin) optik analizlerini içermektedir. Optik analizler, Zemax optik tasarım programında yer alan Spot Diyagramı'ndan, Ayak İzi Diyagramı'ndan, Encircled Enerji Diyagramı'ndan ve Dalga Cephesi Fonksiyonu'ndan elde edilen sonuçlar yorumlanarak yapılmıştır. RTT150 teleskobu için tasarlanan bu tayfçeker sistemi Cassegrain odak düzleminde odaklanan ışın hüzmesinin fiber ile tayfçekere taşınıyor olmasından dolayı Fiber Beslemeli olarak tanımlanmaktadır. TÜBİTAK Ulusal Gözlemevi (TUG) Bakırlıtepe yerleşkesinde 1.5 m çapa sahip Rusya-Türkiye Teleskobu (RTT150) bulunmaktadır. Bu teleskop Cassegrain ve Coude olarak adlandırılan iki odak düzlemine sahiptir. Her iki odak düzleminde bu teleskoba has üretilmiş tayfçekerler mevcuttur. Bunlar, Cassegrain odak düzleminde bulunan TUG Faint Object Spectrograph and Camera (TFOSC) tayfçekeri ile Coude odak düzleminde yer alan Coude Eechelle Tayfçekeri (CES)'dir. CES tayfçekeri R=40000 ayırma gücüne sahip olmasından dolayı, yüksek çözünürlüklü olarak tanımlanan bir tayfçekerdir. Bu yönüyle, araştırmacılara yüksek çözünürlüklü tayfsal veri alma imkânı sunmaktadır. Ancak, mevcut CES tayfçekerinin sahip olduğu bazı dezavantajlarından dolayı, bu tez çalışması, bunun yerine ikame edilmesi düşünülen konsept bir tasarımdır. Çapraz-dağıtıcı olarak prizmanın kullanıldığı tayfçeker tasarımında tepe açısı 42 derece olan iki adet simetrik N-F2 cam türünden oluşan prizma kullanılmıştır. İkinci tayfçeker tasarımında ise, geçirgen grizm, çapraz-dağıtıcı olarak kullanılmıştır. Geleneksel türlerinden farklı olarak bu çalışmada kullanılan grizm, 8 derecelik tepe açılarına sahip N-BK7 cam türü olan iki adet simetrik ince prizmanın arasına hacim fazlı holografik (VPH) kırınım-ağının konulması ile oluşturulmuştur. Tayfçekerlerin çalışma dalga boyu aralığı 390-900 nm olarak belirlendi. Prizma çapraz-dağıtıcılı tayfçeker tasarımında merkezi dalga boyu 501,148 nm olan m=113 mertebesi; grizm çapraz-dağıtıcılı tayfçeker tasarımında ise merkezi dalga boyu 636,256 nm olan m=89 mertebesi dikkate alınarak tasarım ve optimizasyon işlemleri gerçekleştirilmiştir. Grizm çapraz-dağıtıcı optik tasarımının gerçekleştirildiği mertebenin ve merkezi dalga boyunun prizma çapraz-dağıtıcı optik tasarımı için kullanılması durumunda, daha büyük çapta prizmalara ve kameraya ihtiyaç duyulacağından, prizma çapraz-dağıtıcı optik tasarım ve optimizasyon işlemlerinde daha düşük merkezi dalga boyu ve daha yüksek bir mertebenin kullanılması tercih edilmiştir. Odak uzaklığı 200 mm ve odak oranı f/2 olarak belirlenen ve her iki tayfçeker sisteminde kullanılması düşünülen kameraya ait optik tasarım, optimizasyon ve kalite analizlerinin de yapılması da bu çalışmanın kapsamı içerisindedir. Dolayısıyla, ilgili kameraya ait optik parametrelerin belirlenmesi ve optik kalite analizlerinin yapılması sürecinde, 13,5x13,5 mikron kare piksel ebadına sahip 2048x2048 pikselden oluşan CCD dedektör baz alınmıştır. Tolerans işlemi sonrası yapılan analizlerde, prizma çapraz-dağıtıcılı tayfçekerde m=113 merkezi mertebenin RMS ve geometrik tayf görüntü kalınlık değerlerinin sırasıyla, 2,3-2,8 piksel ve 5,8-7,6 piksel aralığında olduğu; merkezi mertebenin komşu mertebeler ile arasındaki mesafenin ise 17 piksel olduğu görülmüştür. Benzer çalışma grizm çapraz-dağıtıcılı tayfçeker için yapıldığında, m=89 merkezi mertebenin RMS ve geometrik tayf görüntü kalınlık değerlerinin sırasıyla 2,3-2,45 piksel ve 5,7-8,1 piksel aralığında olduğu; komşu mertebeler ile arasındaki mesafenin ise 25 piksel olduğu görülmüştür. Prizma çapraz-dağıtıcılı tayfçekerde beklenildiği gibi mertebeler arası mesafenin morötesi dalga boyuna giderken arttığı, yakın kızılötesi dalga boyuna giderken ise azaldığı gözlenmiştir. Grizmin çapraz-dağıtıcı olarak kullanıldığı tayfçekerde ise yine beklenildiği gibi mertebeler arası mesafenin morötesi dalga boyuna giderken azaldığı, yakın kızılötesi dalga boyuna giderken ise arttığı görülmüştür. Son olarak, prizmanın doğasından kaynaklı gerekçelerden dolayı beklenildiği üzere, tayf görüntü eğriliğinin prizma çapraz-dağıtıcılı tayfçekerden elde edilen tayflarda daha fazla olduğu görülmüştür.